National oak monitoring: testing traps and sampling strategies

Abstract

The National Program for Hollow Oak Monitoring (Nasjonal overvåking av hule eiker) has identified and monitored more than 650 hollow oaks (Quercus sp.) across Norway. These rare but long‐lived trees provide important habitat for many insect species, including beetles, which in turn support diverse food webs and ecosystem services.

As a natural extension of the oak monitoring project, we are preparing to directly monitor the insect communities (or just beetles) within a subset of these trees. Our suggestion, described in a previous report, was to include insect monitoring in a larger oak monitoring rotation, but the details of this rotation are subject to budget issues and not yet clear.

In preparation for this effort, we conducted a pilot study in 2020 in which we deployed 80 flight intercept traps that differed in their design and emptying frequency to optimize capture methods for future monitoring. Some traps were equipped with a device designed to prevent rainwater from diluting the insect preservation liquid to test these devices, and traps were emptied every four, eight, or twelve weeks. We also compared visual (morphology‐based) and molecular (DNA‐based) methods for identifying the beetle species that we captured. In total these traps captured 4,699 individuals representing 307 beetle taxa, 301 of which were identified to the species level (using morphological methods).

We found that trap design was important; our rainwater diversion device did help to keep rainwater out over a four‐week period (but not longer), but it also reduced capture rates (perhaps because it gave insects a chance to escape prior to falling into the collection bottles). Presence of rainwater did not affect the number of beetles that were detected in a trap. Trap emptying frequency also did not affect the number of species detected. But, longer emptying periods would likely result in degradation of the DNA that is needed for species identification using molecular methods, given that rainwater is able to enter traps even with our rainwater diversion devices when trap emptying periods exceed four weeks.

In response to these findings we are currently modifying our trap design for the upcoming field season; we are adjusting the water diversion devices and adding a larger roof to the traps that will further prevent rainwater from entering. We plan to empty the traps every four weeks until we have confirmed that the modified traps are effective at excluding rainwater.

Regarding the comparison of identification methods, there was much overlap between the species identified using morphological and molecular methods, but – as expected – also some differences. Many of these differences can be accounted for by likely identification errors (by both methods). DNA identification methods are in their infancy for Norwegian beetles and will likely continue to improve. In the meantime, we plan to use both methods in the first year of our monitoring program (given sufficient financing) and continue with these complimentary approaches until they have converged sufficiently such that DNA methods can give a clear picture of the beetle communities that is comparable to that provided by morphological methods.

In summary, this pilot study has provided us with important information that has allowed us to optimize our long‐term monitoring plan. This study has also provided important input to methodological questions relevant for the National Monitoring Program for Insects, with which we have cooperated closely.

Nasjonal overvåking av hule eiker‐prosjektet har identifisert og overvåket over 650 hule eiker (Quercus sp.) over hele eikeutbredelsesområdet i Norge. Disse uvanlige, men langlivede trærne gir viktige levesteder for en rekke insektarter, inkludert biller, som igjen bidrar med ulike økosystemtjenester.

Som en naturlig forlengelse av prosjektet for overvåking av eik, har vi testet metoder for å overvåke insektsamfunnene (eller bare biller) direkte, i et utvalg av disse overvåkingstrærne. Vårt forslag, beskrevet i en tidligere rapport, var å inkludere insektovervåking i en større eikeovervåking med et 6‐årig omløp, en detaljene her er avhengig av budsjetter og oppdragsspesifikasjoner og er p.t. ikke avklart.

Som forberedelse til denne insektovervåkingen gjennomførte vi, etter samtaler med Miljødirektoratet, en pilotstudie i 2020. Vi utplasserte 80 vindusfeller som var forskjellige i design og tømmefrekvens for å optimalisere fangstmetoder for fremtidig overvåking. Noen feller var utstyrt med en regnvann‐dreneringsmodul, designet for å forhindre regnvann i å fortynne væsken i oppsamlingsflaskene. Fellene ble tømt hver fjerde, åtte eller tolvte uke. Vi sammenlignet også visuelle (morfologi‐baserte) og molekylære (DNA‐baserte) metoder når det gjaldt å identifisere billeartene vi fanget. Totalt fanget disse fellene 4.699 individer som representerer 307 billetaxa, hvorav 301 ble identifisert til artsnivå (ved hjelp av morfologiske metoder).

Vi fant ut at felleutforming var viktig; vår avledningsanordning for regnvann hjalp til med å holde regnvann ute over en 4‐ukers periode (men ikke lenger), men det reduserte også insektfangsten (muligens ga den insekter en sjanse til å fly ut før de falt i oppsamlingsflaskene). Tilstedeværelsen av regnvann påvirket ikke antall biller som ble funnet i en felle. Felttømmefrekvens påvirket heller ikke antall arter som ble oppdaget, men lengre perioder mellom tømmingene vil sannsynligvis resultere i nedbrytning av det DNA’et som trengs for molekylær artsidentifisering, siden vi fant at regnvann kom inn i oppsamlingsflaskene også når avledningsanordning var montert, dersom felleperioden mellom tømminger overstiger fire uker.

Som svar på disse funnene endrer vi nå felleutformingen for den kommende feltsesongen; vi justerer avledningsanordningene for vann, og legger til et større tak i fellene som ytterligere vil forhindre at regnvann kommer inn. Vi planlegger å tømme fellene hver fjerde uke til vi har bekreftet at de modifiserte fellene er effektive mht. å utelukke regnvann.

Når det gjelder sammenligningen av identifikasjonsmetoder, var det stort overlapp mellom artene som ble identifisert ved hjelp av morfologiske og molekylære metoder, men ‐ som forventet ‐ også noen forskjeller. Mange av disse forskjellene kan forklares med sannsynlige identifiseringsfeil i begge metoder. DNA‐identifikasjonsmetoder er bare i sin spede begynnelse for norske biller og metodene vil bli forbedret i årene som kommer. Det er ønskelig å bruke begge metodene (gitt tilstrekkelig finansiering) til de har konvergert tilstrekkelig. Dersom DNA‐metoder etter hvert kan gi et klart bilde av billesamfunnene, sammenlignbart med det vi får ved morfologiske metoder, kan slike metoder etter hvert benyttes alene.

Oppsummert har denne pilotstudien gitt viktig informasjon som gjør det mulig å optimalisere en langsiktig overvåkingsplan for eikelevende insekter i fremtiden. Studien har også gitt viktige innspill til metodologiske spørsmål som er relevante for det nasjonale overvåkingsprogrammet for insekter.